垂直坐标系可用作两种不同类型表面的参考：椭圆体（椭圆体）表面或重力相关表面（大地水准面）。大多数垂直坐标系为重力相关。重力相关的垂直坐标系通常与特定地理坐标系仅有松散的连接。任何特定垂直坐标系均可与不同的水平坐标系共同使用。重力相关的垂直坐标系可以通过当地平均海平面或水准点设置其零点。由于地形、大气效应等因素的不同，不同地点的平均海平面也有所差异。
重力相关的垂直坐标系将包含垂直基准面作为其定义的一部分。以下是一个示例。
VERTCS["National_Geodetic_Vertical_Datum_1929",VDATUM["NGVD_1929"],PARAMETER["Vertical_Shift",0.0],PARAMETER["Direction",1.0],UNIT["Meter",1.0]]
椭圆体垂直坐标系定义了地理坐标系中椭圆体所参考的高度。全球定位系统 (GPS) 设备本身会报告相对于 1984 世界大地坐标系 (WGS84) 椭圆体的高度。GPS 设备中的板载大地水准面模型会将椭圆体高度转换为重力相关的高程。椭圆体高度是几何量，不具有物理意义，因为地理坐标系的椭圆体可能在实际地表以上，也可能在实际地表以下。区域的椭圆体高度可能不会反映因重力形成的运动（即水流）。使用椭圆体高度时，水可能会向上流动。
具有椭圆体参考高度或深度的垂直坐标系将包括一个基准面定义，而非垂直基准面定义。以下是一个示例。
VERTCS["WGS_1984",DATUM["D_WGS_1984",SPHEROID["WGS_1984",6378137.0,298.257223563]],PARAMETER["Vertical_Shift",0.0],PARAMETER["Direction",1.0],UNIT["Meter",1.0]]